Scritto: Giovedì, 24 Dicembre 2020 14:31 Ultima modifica: Sabato, 26 Dicembre 2020 18:41

Il vicinato stellare censito da Gaia


Oltre 300mila stelle del catalogo EDR3 distano meno di 326 anni luce e sono state oggetto di una indagine dinamica approfondita, vediamo il quadro che ne emerge.

Rate this item
(3 votes)
Visualizzazione dei moti propri di un sottoinsieme di 40000 stelle del GNDC, nell'arco di 400mila anni Visualizzazione dei moti propri di un sottoinsieme di 40000 stelle del GNDC, nell'arco di 400mila anni Credits: ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO. Acknowledgement: A. Brown, S. Jordan, T. Roegiers, X. Luri, E. Masana, T. Prusti and A. Moitinho.- Processing: Marco Di Lorenzo

 Continuiamo nella rassegna dei risultati preliminari ottenuti grazie al nuovo catalogo Gaia pubblicato il 3 dicembre, allargando progressivamente lo sguardo. Se nell'articolo precedente abbiamo considerato solo le stelle immediatamente vicine al Sole, entro un raggio di 13 anni luce o 4 parsec (4 pc), adesso ampliamo lo sguardo fino a 100 pc, con un campione di oggetti che aumenta di oltre 10000 volte e fornisce una base statisticamente ampia per poter fare considerazioni approfondite su come è fatta la popolazione stellare in questa regione di Via Lattea.

 Come mostrato nell'infografica sottostante, per la maggior parte delle stelle entro una distanza di 10 parsec la misura di parallasse era già nota da misure fatte da Terra o dal satellite Hipparcos (il predecessore di Gaia), anche se con precisione nettamente inferiore a quella raggiunta nel catalogo EDR3. Tuttavia, già estendendo il campione a 25 pc il contributo di Gaia diventa paritario per poi risultare decisamente maggioritario a 100 pc, distanza alla quale l'angolo di parallasse scende a 10 millisecondi d'arco (10 mas) rendendo ardua una misura fatta con metodi tradizionali. Gaia invece riesce a misurare in scioltezza la parallasse di tutti gli oggetti abbastanza luminosi in questa regione, facendolo con squisita precisione dato che l'incertezza sulla distanza risulta in genere ben al di sotto dell'1% e con un discreto livello di completezza.

GCNS Stats

Image credit: ESA/Gaia/DPAC - CC BY-SA 3.0 IGO

 L'importanza di studiare un campione circoscritto ma il più possibile completo di stelle a noi vicine è sempre stata molto sentita dagli astronomi, perché si ripercuote in molteplici settori di studio statistico, dall'evoluzione stellare ai sistemi binari, della cinematica stellare agli esopianeti. Andava già in questa direzione il "Catalogue of Nearby Stars" (CNS), compilato nel 1991 e che conteneva circa 3800 oggetti fino a una distanza di 25 pc, sfruttando anche le misure di Hipparcos. Questo elenco però era incompleto, anche se le edizioni successive lo hanno arricchito di circa 2000 oggetti, cui si sono poi aggiunte anche alcune "nane brune" scoperte nell' infrarosso della "Two Micron Sky Survey" (2MASS). 

 Invece, il nuovo gigantesco campione si chiama "Gaia Catalogue of Nearby Stars" (GCNS) e considera un volume 64 volte più ampio, con un censimento che dovrebbe essere completo fino al tipo spettrale M8, considerando che raggiunge la magnitudine nominale G=20,7 che è la luminosità misurata da Gaia. La selezione è partita prendendo tutte le sorgenti del catalogo EDR3 con una parallasse superiore a 8 mas, dunque entro 125 pc o 400 anni luce da noi; questo margine è servito a non escludere stelle che, a causa dell'incertezza sulla parallasse, cadono fuori dal range pur essendo in realtà a meno di 100 parsec da noi; la statistica dice che in questo modo il numero di esclusi "per sbaglio" ammonta a circa 55 stelle soltanto, a fronte di una selezione iniziale di ben 1,21 milioni di oggetti. In questo campione rientravano anche numerose sorgenti con parallasse negativa, cosa che può apparire assurda ma che è una conseguenza di problemi che possono presentarsi facilmente quando il sistema cerca di misurare la parallasse di stelle doppie la cui natura reale non viene riconosciuta, oppure di oggetti situati in campi stellari molto affollati dove possono sorgere problemi di identificazione sbagliata. A confermare l'importanza di quest'ultimo fattore, la selezione ha escluso oggetti la cui posizione nel cielo era particolarmente prossima al piano e al centro galattico, oppure alle due nubi di Magellano, come mostrato di seguito; in quelle regioni, infatti, la densità stellare è elevata e gli errori sono molto più probabili. Per contro, il campione che ha superato la selezione risulta decisamente uniforme, a parte qualche lieve concentrazione dovuta ad effettiva presenza di associazioni e ammassi stellari aperti.

EDR3 selectionegativa

Distribuzione sulla volta celeste degli astri inclusi (in alto) ed esclusi (in basso) dal catalogo, in coordinate galattiche. - Credits: Gaia/DPAC/ESA - ESO Astronomy & Astrophysics manuscript no.3 - "The Gaia Catalogue of Nearby Stars" - Processing: Marco Di Lorenzo

 Gli esempi con parallasse negativa sono stati utilizzati per "addestrare" il sistema a riconoscere e scartare dal campione le misure positive spurie, senza fare ulteriori assunzioni basate, ad esempio, sulla luminosità e sul colore, cosa che avrebbe potuto inficiare la completezza del catalogo con effetti selettivi indesiderati. Alla fine del processo di "ripulitura", come mostrato nei due grafici qui sotto, gli astri esclusi esibivano una distribuzione della magnitudine assoluta e dei valori di luminosità-colore decisamente anomali rispetto al campione rimanente, il quale invece rispettava la distribuzione attesa per una popolazione stellare composta essenzialmente da oggetti di sequenza principale (ramo più esteso centrale nel grafico a destra) e nane bianche (ramo meno popolato spostato a sinistra).  

DR3 GCNS CAMD

A sinistra, la distribuzione in luminosità assoluta della popolazione del catalogo EDR3 con parallasse superiore a 8 milli-secondi d'arco; a destra, una rappresentazione degli stessi valori in funzione del colore (diagramma CAMD, simile al celebre diagramma H-R); la popolazione in rosso è quella esclusa dal catalogo finale GCNS - Credits: Gaia/DPAC/ESA - ESO Astronomy & Astrophysics manuscript no.3 - "The Gaia Catalogue of Nearby Stars" - Processing: Marco Di Lorenzo

 Dopo la selezione, il catalogo definitivo comprende 331312 stelle entro una sfera di 100 parsec dal Sole, cioè 326 anni luce. Si tratta di una porzione minuscola del volume della Via Lattea, meno dello 0,01%, ma rappresentativa. La densità stellare al suo interno è compatibile con quella osservata a distanze inferiori, in particolare entro 10 pc, a patto di considerare gli effetti selettivi sulle stelle binarie e sugli oggetti più deboli.

 In questo filmato di ESA, è possibile vedere visualizzate le caratteristiche principali del catalogo GCNS, dal colore al movimento fino alla sua collocazione nella Via Lattea; il viaggio virtuale visita da vicino anche alcune stelle doppie e due ammassi stellari, quello a noi più vicino delle Iadi e quello nella Chioma di Berenice, i cui membri sono stati identificati cinematicamente. Lo studio ha consentito di identificare 920 nuovi candidati membri delle Iadi, evidenziati in rosso nell'immagine seguente in coordinate equatoriali; si tratta, come si vede, di "code mareali" che si estendono su una porzione amplissima di cielo, oltre 100 gradi!
GCNS Hyades

Image credit: Gaia Collaboration, R. Smart, et al. A&A 2020.

 Oltre a questi due importanti ammassi, la regione comprende altri quattro gruppi o associazioni stellari più piccoli, tutti evidenziati dalle aree colorate in verde-azzurro nelle due mappe seguenti, che riportano anche i nomi delle stelle più importanti. 

GCNS Poster Stellar Densities both

Due viste ortogonali del campione GCNS; a sinistra, una vista dall'alto (Nord galattico), a destra una vista sul piano galattico; il centro della Via Lattea è sempre a destra - Credit: ESA/Gaia/DPAC - CC BY-SA 3.0 IGO

 Un esempio interessante di quello che il catalogo ci mostra è riportato nella figura sottostante e riguarda le nane ultrafredde; Gaia ne ha scoperte diverse migliaia di nuovi candidati, la maggior parte dei quali risiede oltre 50 pc da noi.

GCNS UCD

 La popolazione di stelle nane ultra-fredde (UCDS) nel diagramma colore-luminosità (a sinistra) e in funzione della distanza dal Sole (a destra); in blu gli oggetti precedentemente noti, in rosso i nuovi candidati trovati nel catalogo EDR3. - Image credit: Gaia Collaboration, R. Smart, et al. A&A 2020

 Infine, vediamo a cosa ha portato lo studio dinamico della popolazione GCNS. I seguenti fotogrammi sono tratti dall'animazione riportata in fondo all'articolo, che illustra il movimento nel prossimo mezzo miliardo di anni per un sottoinsieme di 74281 stelle del catalogo, quelle di cui si conosce l'esatto movimento in tre dimensioni. Queste orbite sono state calcolate tenendo conto del potenziale gravitazionale della Via Lattea, escludendo però l'effetto di attrazione gravitazionale tra le stelle stesse, in genere trascurabile a meno di incontri molto ravvicinati. All'inizio, si vede la sfera del GNSC centrata attorno al Sole e sovrapposta a una visione artistica della Via Lattea, che serve a dare solo un riferimento spaziale ma che è in realtà statica (non ruota come fa il campione simulato). La griglia più sottile ha un passo di 1 kpc (3262 anni luce) e la regione inquadrata abbraccia circa 100000 anni luce; nella proiezione laterale, è riportata anche la distorsione del piano galattico nelle regioni più esterne, confermata da Gaia ed attribuita all'incontro con una galassia satellite in tempi relativamente recenti.

DR3 GCNS locations

Collocazione del campione GCNS (sferetta verde) all'interno della Via Lattea - Credits: Gaia/DPAC/ESA - ESO Astronomy & Astrophysics manuscript no.3 - "The Gaia Catalogue of Nearby Stars" - Processing: Marco Di Lorenzo

 La maggior parte delle stelle ha orbite circolari simili a quella del Sole, con piccola eccentricità e minima inclinazione rispetto al piano galattico. Tuttavia, il vicinato solare è anche visitato da stelle provenienti dall'alone, con eccentricità elevata (punti rossi, riconoscibili solo guardando il filmato in alta definizione); esse giungono da regioni periferiche della Galassia, lontane dal piano galattico; ci sono anche stelle che provengono o si dirigono verso le parti interne della Galassia (punti gialli). Anche gli ammassi stellari delle Iadi e di Chioma di Berenice sono chiaramente visibili come piccole chiazze blu. Avendo velocità simili, le stelle di queste sottostrutture condividono orbite simili e si diluiscono più lentamente con il tempo. Il grosso del campione è colorato con una tonalità calda per le stelle che sono più lente del Sole nel movimento attorno al centro della Via Lattea mentre quelle di colore freddo hanno una componente maggiore di velocità tangenziale; di conseguenza, le prime rimangono indietro nella fase iniziale della simulazione e poi tendono a spostarsi verso regioni più interne della galassia, dove riacquistano velocità e sopravanzano momentaneamente il resto del gruppo. Invece le poche stelle "ribelli" che si dirigono quasi direttamente verso il centro galattico (e che appartengono evidentemente a una popolazione completamente diversa da quella normale che popola il disco) seguono delle traiettorie completamente diverse e quasi lineari, però anch'esse con una precessione che fa ruotare tali traiettorie nel tempo in maniera più caotica.

Spreading

Evoluzione dinamica futura del campione GCSN nei primi 88 milioni di anni - Credits: Gaia/DPAC/ESA - ESO Astronomy & Astrophysics manuscript no.3 - "The Gaia Catalogue of Nearby Stars" - Processing: Marco Di Lorenzo

 In circa 200 milioni di anni, tutte le stelle di moderata eccentricità nel campione GCNS effettuano un giro completo attorno al centro galattico e dovrebbero quindi ripassare nella stessa regione dalla quale erano partite, concentrandosi in un piccolo volume; questo accadrebbe se la massa della Via Lattea fosse quasi tutta concentrata al centro, come avviene nel Sistema Solare. Tuttavia, dato che le loro orbite non sono perfettamente circolari, alcune si avvicinano o si allontanano maggiormente di altre al centro galattico e, dal momento che una parte della massa della Via Lattea è distribuita anche nelle regioni periferiche (disco e alone), questo fa sì che le stelle si ritrovano a percorrere orbite che non si richiudono su se stesse e tendono a disperdersi nel tempo. In realtà, per come è fatto il potenziale galattico, il campione, distribuito in un nastro di stelle sempre più ampio, tende comunque a ripassare alla stessa distanza iniziale dal centro galattico ma prima di percorrere una rivoluzione completa, all'incirca ogni 140 milioni di anni; in termini spaziali, questo avviene quando la rivoluzione ha coperto un angolo di circa 255° invece di 360° attorno al nucleo galattico. Qualcosa del genere, anche se in misura molto minore, succede anche per il pianeta Mercurio la cui orbita non si richiude perfettamente a causa degli effetti relativistici.

revolutions

Evoluzione successiva del GCNS, nei momenti salienti in cui le stelle tendono a ricompattarsi - Credits: Gaia/DPAC/ESA - ESO Astronomy & Astrophysics manuscript no.3 - "The Gaia Catalogue of Nearby Stars" - Processing: Marco Di Lorenzo

 Si noti che, mentre le stelle si raccolgono sul piano galattico, la loro dispersione risulta a volte elevata in direzione perpendicolare a tale piano; questo perché le stelle, nella loro rivoluzione, effettuano anche una oscillazione sopra e sotto il piano galattico che ha però un periodo differente dal primo movimento. Ci sarebbe molto altro di cui parlare a proposito del GCNS e, sicuramente, numerose scoperte su di esso giungeranno negli anni a venire.

 Adesso, però, altri affascinanti aspetti del nuovo catalogo Gaia richiedono la nostra attenzione e li scopriremo presto nel prossimo articolo finale...

 

Ringraziamenti:

This work has made use of data from the European Space Agency (ESA) mission Gaia (https://www.cosmos.esa.int/gaia), processed by the Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC, https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dpac/consortium). Funding for the DPAC has been provided by national institutions, in particular the institutions participating in the Gaia Multilateral Agreement.

 

Riferimenti:

https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/edr3-gcns

https://arxiv.org/pdf/2012.02061.pdf

Altre informazioni su questo articolo

Letto: 133 volta/e Ultima modifica Sabato, 26 Dicembre 2020 18:41

Guarda il video

Proiezione nel prossimo mezzo miliardo di anni per un sottoinsieme di 74281 stelle del catalogo GCNS, mentre si diffondono nella Via Lattea Video credit: ESA/Gaia/DPAC - CC BY-SA 3.0 IGO
Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

https://www.facebook.com/marco.lorenzo.58 | Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Gli ultimi articoli di Marco Di Lorenzo (DILO)

Lascia un commento

I campi con l'asterisco (*) sono obbligatori. Il codice HTML non è abilitato.

Seguici!

Newsletter

Abilita il javascript per inviare questo modulo

Immagine del giorno

NEO news

NEO News

Ultimo aggiornamento: 21 gennaio 2021. Notizie e aggiornamenti sugli asteroidi che passano vicini a noi...

StatisticaMENTE

Curiosity odometry

Curiosity odometry

Aggiornato il 22 gennaio [updated on Jan,22]...

COVID-19 update

COVID-19 update

Periodico aggiornamento sulla curva di contagio in...

ISS height

ISS height

Aggiornamento del 20 Gennaio [Last ...

HST orbit

HST orbit

Aggiornamento del 20 gennaio [Last updat...

Insight statistics

Insight statistics

[aggiornato al 19/1/21 - Sol 762] - Mete...

Mars Attacks!

Mars Attacks!

 Dove si trovano le tre sonde lanciate a Lugl...

[LIBRO] Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno

Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno di Elisabetta BonoraLa pubblicazione ripercorre le gesta della missione interplanetaria NASA / ESA / ASI Cassini–Huygens, che esplorò Saturno e le sue lune dal 2004 al 2017. Le principali fasi del progetto, del lungo viaggio durato sette anni e della missione ultradecennale sono raccontate con semplicità e passione allo scopo di divulgare e ricordare una delle imprese spaziali robotiche più affascinanti ideate dall’uomo. Le meravigliose foto scattate dalla sonda nel sistema di Saturno, elaborate e processate dall’autrice, sono parte centrale della narrazione. Immagini uniche che hanno reso popolare e familiare un angolo remoto del nostro Sistema Solare. 244 pagine.

Acquista